专利名称：单片集成的硅胎压温度传感器的制作方法
技术领域：
单片集成的硅胎压温度传感器属于压力传感器以及温度传感器制造领域。
背景技术：
汽车轮胎压力监控系统是一种重要的汽车电子系统，可以有效保障行车安全、延长轮胎 使用寿命、降低燃油消耗。压力传感器和温度传感器是直接式轮胎压力监控系统的关键部件。 轮胎内气体压力和温度是相互关联的两个物理量，必须同时测量轮胎内部的压力和温度变 化，来掌握轮胎的实时信息，从而保证行车安全。 一般是将单独的压力传感器和单独的温度 传感器组装在一个电路板上，这就存在体积大、精度低、稳定性差等缺点。
而本实用新型则是提供一种将压力传感器与温度传感器集成在同一个芯片上的集成制 作技术，从而克服原有技术的缺点。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种制作简单、单片集成的、稳定可靠的压力温度集成传感器。 本实用新型的特征在于该传感器含有结构芯片、封装盖板、压力敏感电阻以及温度敏 感电阻，其中结构芯片，中间有一个硅杯，该硅杯的中央有一片硅膜，硅膜的周围支撑的 是厚体硅；压力敏感电阻，共四个，分别位于硅膜边界内应力敏感集中区，构成一个惠斯通 电桥，形成一个压力传感器；温度敏感电阻，位于周围厚体硅非应力敏感区，形成一个温度 传感器；密封盖板，连接在结构芯片的下端面。所述硅膜片是方形、或圆形、或矩形、或多 边形。所述压力敏感电阻由硅单晶、或多晶硅、或非晶硅、或压敏金属材料构成。所述温度 敏感电阻由硅单晶、或多晶硅、或非晶硅、或温敏金属材料构成。
对于满量程为5个大气压的压力传感器，采用3V恒压供电，其灵敏度为34mV/atm，非 线性为0.2%，零点输出为15mV。对于温度传感器，采用另外一个恒压源供电，电源电压也 是3V,负载电阻为10kQ，在0^80'C的范围内温度传感器的灵敏度为1.24mV/°C，非线性为 1.6%。
图l.单片集成的硅胎压温度传感器原理图。
图2.采用恒压源供电的温度传感部分电路原理图。
图3.采用恒流源供电的温度传感部分电路原理图。
图4.采用恒压源供电的压力传感部分电路原理图。
图5.采用恒流源供电的压力传感部分电路原理图。
图6.单片集成的硅胎压温度传感器之一(a)俯视图；(b)剖面图。
图7.单片集成的硅胎压温度传感器之二 (a)俯视图；(b)剖面图。
图8.单片集成的硅胎压温度传感器的制作工艺流程图。
具体实施方式
本发明包括两种敏感元件，压力敏感元件和温度敏感元件，其压力传感部分是基于电阻 的压敏效应原理，当有压力作用时，电阻的阻值发生变化，通过检测电阻阻值的变化，就可 以测知压力的变化。其温度传感部分是基于电阻的温敏效应原理，当有温度作用时，电阻的 阻值发生变化，通过检测电阻阻值的变化，就可以测知温度的变化。
对于集成传感器的温度敏感部分，可以采用恒压源供电和恒流源供电两种方式。图2是 采用恒压源供电方式的电路原理图，负载电阻阻值&,温度敏感电阻阻值RT，由温度作用产 生的温敏电阻阻值变化为AR。电桥输出与(AR+Rt) / (R一Rt+AR)成正比。图3是采用恒 流源供电方式的电路原理图。负载电阻阻值RL，温度敏感电阻阻值RT，由温度作用产生的温 敏电阻阻值变化为AR。电桥的输出与温敏电阻的变化量AR成正比。
集成传感器的压力敏感部分利用惠斯通电桥来检测输入信号，惠斯通电桥可以采用恒压 源供电和恒流源供电两种。图4是采用恒压源供电方式的电路原理图，四个桥臂电阻阻值R， 由应力作用产生的电阻阻值变化为AR。电桥输出与AR/R成正比，也就是与被测量压力成正 比，同时又与电源电压U成正比。这就是说电桥的输出与电源的大小与精度都有关。图5是 采用恒流源供电方式的电路原理图，四个桥臂电阻阻值R，由应力作用产生的电阻阻值变化 为AR。电桥的输出与电阻的变化量AR成正比，即与被测量成正比，当然也与电源电流成正 比，即输出与恒流源供给的电流大小与精度有关，但是电桥的输出与温度无关，不受温度影 响，这个是恒流源供电的优点，恒流源供电时， 一个传感器必须配备一个恒流源，这在使用 时不方便。
图6是单片集成的硅胎压温度传感器的结构图，集成传感器由两层结构构成，上面是结 构芯片，下面是密封盖板。在结构芯片中间有一个方形的硅杯，四周是厚体硅，中间是硅膜 片。在硅杯上有四个压力敏感电阻R1、 R2、 R3、 R4，它们分布在硅杯结构的应力敏感集中区， 它们对由压力产生的应力敏感。在结构芯片的厚体硅区域有一个温度敏感电阻RT，它对由温 度敏感，对由压力产生的应力不敏感。
图7是本实施例的另外一种实现方式，集成传感器由两层结构构成，上面是结构芯片， 下面是密封盖板。在结构芯片中间有一个圆形的硅杯，四周是厚体硅，中间是硅膜片。在硅 杯上有四个压力敏感电阻R1、 R2、 R3、 R4,它们分布在硅杯结构的应力敏感集中区，它们对 由压力产生的应力敏感。在结构芯片的厚体硅区域有一个温度敏感电阻RT，它对由温度敏感， 对由压力产生的应力不敏感。
图8是单片集成的硅胎压温度传感器的制作工艺流程图，采用单晶硅注入电阻的体硅工 艺。在图8a中，采用(100)晶向的双抛硅片，双面生长热氧Si02，然后双面淀积氮化硅 Si3N4;在图8b中，刻蚀Si3N4，漂掉窗口的Si02;在图8c中体硅腐蚀，制作出硅杯，硅 膜的厚度约为30um;在图8d中，用氢氟酸去除Si02和Si3N4，然后氧化生长一层Si02; 在图8e中，用离子注入方法得到电阻；在图8f中，溅射铝；在图8g中，光刻铝，制备铝 引线；在图8h中，键合，完成传感器流水。
权利要求1.单片集成的硅胎压温度传感器，其特征在于该传感器含有结构芯片、封装盖板、压力敏感电阻以及温度敏感电阻，其中结构芯片，中间有一个硅杯，该硅杯的中央有一片硅膜，硅膜的周围支撑的是厚体硅；压力敏感电阻，共四个，分别位于硅膜边界内应力敏感集中区，构成一个惠斯通电桥，形成一个压力传感器；温度敏感电阻，位于周围厚体硅非应力敏感区，形成一个温度传感器；密封盖板，连接在结构芯片的下端面。
2. 根据权利要求1所述的单片集成的硅胎压温度传感器，其特征在于所述硅膜片是方形、 或圆形、或矩形、或多边形。
3. 根据权利要求1所述的单片集成的硅胎压温度传感器，其特征在于所述压力敏感电阻 由硅单晶、或多晶硅、或非晶硅、或压敏金属材料构成。
4. 根据权利要求1所述的单片集成的硅胎压温度传感器，其特征在于所述温度敏感电阻 由硅单晶、或多晶硅、或非晶硅、或温敏金属材料构成。
专利摘要单片集成的硅胎压温度传感器属于压力、温度传感技术领域，其特征在于，含有结构芯片，中间有一个硅杯，该硅杯中央有一个硅膜，其周围支撑的是厚体硅；四个压力敏感电阻，分别位于硅膜边界内的应力敏感区，形成一个压力传感器；一个温度敏感电阻，位于厚体硅的非应力敏感区，形成一个温度传感器；密封盖板，连接在所述结构芯片的下表面。该集成传感器的压力敏感元件的输出和压力值直接相关，而该集成传感器的温度敏感元件的输出和温度值密切相关。该集成传感器具有单片集成、制作简单、运行可靠的优点。
文档编号G01D21/02GK201057517SQ20072010371
公开日2008年5月7日 申请日期2007年3月2日 优先权日2007年3月2日
发明者任天令, 刘理天, 张兆华, 林惠旺 申请人:清华大学